JP4571067B2

JP4571067B2 - メガソニック超音波リンスを使用するイマージョン式フォトリソグラフィ

Info

Publication number: JP4571067B2
Application number: JP2005337792A
Authority: JP
Inventors: チンユウチャン
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: TW200618058A; KR20060057517A; CN1779573A; JP2006148133A; NL1030480C2; US20060110689A1; KR100733994B1; CN100432841C; TWI267908B; NL1030480A1; US7732123B2

Description

フォトリソグラフィとは、フォトマスク上にあるパターンをウェーハ表面に塗布されているフォトレジスト上へ転写する工程のことである。また、イマージョン式フォトリソグラフィとは、ウェーハの表面とレンズとの間に液体を充填して露光工程を行う先進のフォトリソグラフィ工程技術のことである。イマージョン式フォトリソグラフィ技術は、空気中で使用される一般のレンズよりも高い開口数（Numerical Aperture）を提供することができるため、より優れた解析度を提供することができる。デバイスフィーチャが小さくなるほど焦点深度は小さくなるが、イマージョン方式を採用した場合、デバイスフィーチャがより小さな印刷を達成すると同時に、焦点深度の減少を抑えることができる。また、露光波長を変えなくとも上述の長所を得ることができる。そのため、現存する材料および方法をより小さなフィーチャサイズにまで利用することができる。

発明の詳細な説明

イマージョン式露光（Immersion Exposure）工程は、ウェーハとレンズとの間にある隙間に脱イオン水やその他適合するイマージョン露光液を加えることができる。しかし、露光時間が非常に短いにも関わらず、フォトレジスト材料がイマージョン露光液に溶けて予想できない問題が発生する可能性があった。この問題とは、例えばイマージョン露光液のフォトレジスト材料がレンズ表面上に付着してＣＤの均一性（Critical Dimension Uniformity）に悪影響を与えるなどといった問題である。レンズにフォトレジストが付着すると、除去することが容易でなく、設備を頻繁にメンテナンスしたり交換したりしなければならなかった。溶解したフォトレジストには光酸発生剤（Photo Acid Generator：ＰＡＧ）が含まれ、フォトレジストにイマージョン液が接触すると、光酸発生剤がイマージョン液中にリリースされた。そのためレンズが汚染される原因は、溶解した光酸発生剤がほとんどであった。また、フォトレジストポリマー、クエンチャー（Quencher）、溶剤（Solvent）、アウトガス（Outgas）といったその他の溶解物質もレンズを汚染して露光効果に悪影響を与えた。従来技術においては、フォトレジスト上に特別な物質を塗布してフォトレジスト材料が溶け出さないようにする技術が提供されていた。しかしこの方法では、全体の製作時間およびコストが増大した。

イマージョン露光液にフォトレジストが溶けるという問題の他には、微細な気泡が液体内に形成され、凝集されるという問題も発生した。そして、露光工程においてフォトレジスト上に微細な気泡が付着するとパターン転写が不正確となった。

図１は、本発明の一実施形態によるフォトリソグラフィ工程を簡単に示した流れ図である。工程１０において、ウェーハ基板の表面上にフォトレジストを形成する。フォトレジストは、ネガ型レジストまたはポジ型レジストでもよく、現存する材料や将来開発される材料で製造されてもよい。例えば、フォトレジストは化学増幅レジスト（Chemical Amplification Resist）や一つまたは複数の成分を含むフォトレジストシステムでもよい。フォトレジストを応用するときは、スピンコーティング（Spin Coating）やその他適当な工程を利用してもよい。フォトレジストを適用する前には、後続のフォトリソグラフィ工程を準備するために予めウェーハを処理しておいてもよい。例えば、フォトレジストを適用する前に、ウェーハの洗浄、乾燥および／または付着力を高める物質の塗布を行ってもよい。

そして工程１２において、ウェーハを加熱して溶剤を除去し、ウェーハとフォトレジストとの間の付着力を高めるとともに、アニール（Anneal）を利用してスピン工程で発生する応力を除去する。工程１２では、一般の所謂ソフトベーキング工程（Soft Bake Process）を行う。例えばウェーハを約９０〜約１４０℃まで加熱する。ウェーハの加熱時間は、例えば約３０〜約２００秒である。その後、工程１４においてウェーハを冷却する。

工程１６において、ウェーハに対してメガソニックの超音波リンス処理を行う。メガソニックの超音波リンスは、約１０〜約１０００ＫＨｚの周波数で振動または脈動が与えられている液体によりウェーハをリンスする。そしてウェーハをタンク内にあるメガソニック超音波振動液体槽に浸すか、該液体を供給するスプレーノズル（Spray Nozzle）にさらす。例えば、メガソニック超音波リンス液は、一般に脱イオン水を含むが、他に界面活性剤、ポリマーおよび／またはバッファなどの成分を含んでもよい。例えば、好適な界面活性剤はＰＦＯＳ（perflurooctanesulfonate）であり、好適なポリマーはＣ_３Ｆ_８であり、好適なバッファはリン酸塩（Phosphate）である。界面活性剤は、現在知られているか将来開発されるイオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤でもよい。そして、一つまたは複数のメガソニック超音波トランスデューサーを用いてリンス液内に振動エネルギーを発生させる。フォトレジスト物質内の水溶性分子はメガソニック超音波リンス工程で除去されるため、イマージョン式露光で溶け出すことを防ぐことができる。メガソニック超音波リンス工程は、フォトレジスト物質内にある気体を除去することができる。またメガソニック超音波リンス工程は、フォトレジスト内に水分子を導入してフォトレジストの親水性を増加させることができる。フォトレジストの親水性を増加させると、アライメントステージの作動（Alignment Stage Movement）、露光、及び、他の露光前の装置の作動期間中に微細な気泡が形成されることを防ぐことができる。したがって、メガソニック超音波リンス工程は、イマージョン露光液を汚染するであろう、可能性のある溶け出した分子を除去し、フォトレジスト内のエアポケットを充填することができる。メガソニック超音波リンスは、約５秒〜約１０分間行う。リンス液はウェーハ上に供給されるか浸漬槽（Immersion Bath）に供給され、そして排出される。

図２に示すように、本発明の一実施形態においてメガソニック超音波リンスおよびイマージョン露光は同一のチャンバ内で行う。装置３０は投影光学装置３２を含み、この投影光学装置３２は放射線をウェーハ３４上に仕向けるようになっている。そして、一つまたは複数のメガソニック超音波トランスデューサー３６は、メガソニック超音波リンスの工程のときにオンされ、その後、イマージョン式露光工程のときにオフされる。メガソニック超音波溶液およびイマージョン露光液は、入口４０を介してウェーハ３４と光学レンズとの間にある界面３８へ導入された後、出口４２から排出される。入口４０は、少なくとも一つのスプレーノズルを含む。そしてこのスプレーノズルにはメガソニック超音波エネルギー発生装置（Megasonic Energy Generator）が接続されている。ウェーハ３４はウェーハステージ（Wafer Stage）４４上へ設置され、真空チャックを有するウェーハステージ４４は、ウェーハを適当な位置に固定することができる。ウェーハステージ４４は、所望のリンスおよびスキャン動作にしたがって移動や回転を行う。メガソニック超音波リンスの工程を行った後、一つまたは複数の追加の脱イオン水のリンス工程を行う。この脱イオン水リンス工程は装置３０中で行うことができる。他の代替方法では、ウェーハをメガソニック超音波エネルギー発生装置に接続されているタンクまで移動してメガソニック超音波リンス工程を行ってもよい。イマージョン溶液は、エネルギー発生装置によりエネルギーが提供されて攪拌され、ウェーハをリンスする。

工程１８において、イマージョン露光工程を行う。ウェーハおよびフォトレジストをイマージョン露光液に浸し、マスクを介して放射源に曝す。放射源は、例えば、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）またはＦ_２（１５７ｎｍ）のエキシマレーザなどの紫外線光源でもよい。放射源にウェーハを所定時間曝し続けるが、この所定時間は使用されるフォトレジストの種類、紫外線光源の強度および／またはその他の要素により決定される。例えば、露光時間は約０．２〜約３０秒の間にする。

工程２０において、露光されたフォトレジストを加熱し、露光後ベーキング処理を行う。この工程は露光光酸をポリマーと反応させてポリマーを溶解させる。そして、ウェーハを約８５〜約１５０℃の間まで約３０〜約２００秒の間で加熱する。すでに露光されたフォトレジスト（ポジ型レジスト）や露光されていないフォトレジスト（ネガ型レジスト）を除去することにより、所望するマスクパターンを残す。例えば、ウェーハを現像液に約５〜約６０秒浸すなどして、ウェーハを現像液へ所定時間浸し続け、この所定時間内でフォトレジストの一部を溶解したり除去したりする。この現像液の成分はフォトレジストの成分により決めることができる。

工程２４において、ウェーハを加熱して現像後ハードベーキングを行う。そして、この工程により溶媒を除去して付着力を増進させ、フォトレジストのエッチング耐性を高める。例えば、ウェーハを約９０〜約１３０℃の間まで約３０〜約２００秒の間で加熱する。その後、パターン化されたフォトレジストを有するウェーハにより一または複数の材料層を形成してデバイスフィーチャを得る。

イマージョン式露光の前にメガソニック超音波リンスの工程を行い、露光工程で、イマージョン露光液中に溶け出しやすいフォトレジスト分子を除去するとともに、微細な気泡を発生させる隙間を充填する。これらイマージョン露光液内にある汚染物質は露光工程に悪影響を与えることがある。例えば、フォトレジスト分子がレンズ上に付着すると、レンズの光学効果を変化させて液体の屈折率を変え、更にはＣＤの均一性に悪影響を与えることがあった。そのため、レンズやその他のハードウェア上にフォトレジストが付着した場合、別の装置によりメンテナンスを行わなければならなかった。また、この微細な気泡は液体の屈折率にも影響を与え、レジストイメージにエラーを発生させることがあった。

本発明の一実施形態によるメガソニック超音波リンスのイマージョン式フォトリソグラフィ工程を簡単に示す流れ図である。本発明の一実施形態によるメガソニック超音波リンスのイマージョン式フォトリソグラフィ工程の装置を示す模式図である。

Claims

基板上にフォトレジストを形成する工程であって、前記フォトレジストは少なくとも一つのエアポケットを含んでいる、工程と、
少なくとも一つのメガソニック超音波源で振動されているリンス液により前記エアポケットを充填すると共に前記フォトレジストをリンスする工程であって、前記フォトレジストをリンスする工程は、界面活性剤を含む振動リンス液を使用するものであり、前記界面活性剤はパーフルオロオクタンスルホネート（ＰＦＯＳ）を含んでいる、工程と、
前記フォトレジストをリンスする工程の後で、前記フォトレジストをイマージョン露光液に浸す間に前記フォトレジストを放射源に曝す工程と、を含むことを特徴とする方法。
前記振動リンス液は、脱イオン水を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記振動リンス液は、バッファを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記振動リンス液は、ポリマーを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記フォトレジストをリンスする工程は、メガソニック超音波で振動されているリンス液槽またはメガソニック超音波で振動されているリンス液スプレーを使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記フォトレジストをリンスする工程は、周波数が約１０〜約１０００ＫＨｚの間であるメガソニック超音波トランスデューサーを少なくとも一つ使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記メガソニック超音波源で振動されているリンス液により前記フォトレジストをリンスする前に、前記基板および前記フォトレジストを加熱する工程、あるいは、脱イオン水で前記フォトレジストをリンスする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記振動リンス液は、ポリマーを含み、前記ポリマーはＣ_３Ｆ_８を含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。